« Empa Young Scientist Fellowship » : Un jeune chercheur étudie les petites fissures aux conséquences majeures
Dübendorf, 25.08.2026 — Les couches minces d’oxydes métalliques constituent la technologie clé à la base de la majeure partie de nos appareils électroniques. On en sait pourtant étonnamment peu sur les propriétés mécaniques de ces merveilles technologiques de l’ordre du nanomètre. Vivek Devulapalli, chercheur à l’Empa, souhaite combler cette lacune. Il vient de se voir attribuer une bourse « Empa Young Scientist Fellowship » d’une durée de deux ans pour son projet de recherche.
Une part considérable de nos composants électroniques repose sur des couches minces. Des couches de semi-conducteurs et d’autres matériaux, d’une épaisseur de l’ordre du nanomètre, permettent la fabrication de capteurs, d’écrans, de condensateurs, de batteries, de transistors et bien plus encore. Le développement des technologies des couches minces a également permis la miniaturisation croissante de l’électronique. Ainsi, chacun possède aujourd’hui dans sa poche un appareil qui surpasse de loin les supercalculateurs des années 1980, qui occupaient alors des pièces entières.
Ces composants minuscules présentent de nombreux avantages, mais posent également certains défis. « Par exemple, les transistors contiennent des couches superposées de silicium et d’oxyde d’hafnium qui ne font que quelques nanomètres d’épaisseur », explique Vivek Devulapalli, chercheur à l’Empa. « Lorsqu’un tel composant tombe en panne, il est souvent très difficile de déterminer si une cause mécanique en est responsable. Nous en savons encore très peu sur la manière dont ces couches minces se rompent, se détachent ou se déforment. » Vivek Devulapalli souhaite étudier plus en détail la nanomécanique de ces couches. Il a récemment obtenu une bourse « Empa Young Scientist Fellowship » d’une durée de deux ans pour son projet de recherche.
Vivek Devulapalli, post-doctorant au laboratoire de mécanique des matériaux et de nanomécanique de l’Empa à Thoune, se penchera dans le cadre de son projet sur les couches minces multicouches d’oxydes métalliques. Cette vaste famille de matériaux comprend des substances présentant les propriétés optiques et électroniques les plus diverses. « Les oxydes métalliques sont très souvent utilisés en technologie des couches minces pour leurs fonctionnalités », explique Vivek Devulapalli. « On en sait cependant encore peu sur leur mécanique au niveau atomique. »
Suivre les déformations les plus infimes en temps réel
Les oxydes métalliques sur lesquels porte les recherches de Vivek Devulapalli sont amorphes. Cela signifie qu’ils ne forment pas de réseaux cristallins ordonnés. Dans le cadre d’un projet de recherche précédent, Vivek Devulapalli a constaté que certains types de couches minces d’oxydes multicouches présentaient une meilleure plasticité que les couches monolithiques – c’est-à-dire monocouches – constituées des mêmes oxydes. Cela permet aux couches multicouches de se déformer sans pour autant développer immédiatement des fissures catastrophiques – une bonne nouvelle pour les composants électroniques miniaturisés et hautement complexes qui sont constitués de telles couches.
Dans le cadre de son nouveau projet de recherche, baptisé « MOSAIC », Vivek Devulapalli souhaite approfondir l'étude de la nanomécanique des systèmes multicouches constitués de couches minces d'oxydes métalliques divers. La caractérisation mécanique de composants aussi minuscules est complexe. Pour ce faire, le chercheur utilise des méthodes de microscopie de pointe, telles que la mise en charge « in situ » ainsi que la microscopie électronique à balayage en transmission 4D (4D-STEM). « Nous voulons observer nos échantillons en temps réel pendant que nous les soumettons à une contrainte, afin de comprendre en détail l’évolution des fissures et autres défaillances mécaniques », explique Vivek Devulapalli.
Pour ses expériences, Vivek Devulapalli utilise dans un premier temps des systèmes modèles constitués de matériaux oxydés connus, tels que l’oxyde de silicium et l’oxyde d’aluminium. « Mon objectif est de comprendre comment différents paramètres – tels que la composition, la densité et l’épaisseur des couches – influencent les propriétés mécaniques du système multicouche », dit le chercheur. « Si nous comprenons les principes fondamentaux, nous saurons également comment rendre ces systèmes plus robustes sur le plan mécanique à l’avenir. »
Promotion des talents à l’Empa
L’« Empa Young Scientist Fellowship » est un dispositif de soutien destiné aux jeunes scientifiques exceptionnellement doués. Les boursiers reçoivent les moyens financiers nécessaires pour mener à bien un projet de recherche autonome pendant deux ans. Les bourses sont attribuées dans le cadre d’un concours visant à sélectionner les projets présentant le plus grand potentiel.
Informationen
Dr. Vivek Devulapalli
Empa, Mechanics of Materials & Nanostructures
Tél. +41 58 765 63 98
vivek.devulapalli@empa.ch